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變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀商家淺談無功電壓控制將是發(fā)展動(dòng)向
風(fēng)力發(fā)電作為目前世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)zui成熟、規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國(guó)的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。
根據(jù)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)將在甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林和江蘇建立七個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地，預(yù)計(jì)到2015年要建成5808萬千瓦，2020年要建成9017萬千瓦，占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康?8%。由于我國(guó)陸上風(fēng)能資源主要集中于“三北”地區(qū)，因此對(duì)于位于電網(wǎng)末端的風(fēng)電基地，除了具有常規(guī)風(fēng)力發(fā)電的共性問題以外，還存在許多特殊的個(gè)性問題，包括系統(tǒng)穩(wěn)定、輸送能力、調(diào)頻調(diào)峰和電量消納等，其中無功電壓?jiǎn)栴}是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)注的主要問題之一，需要采取措施對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。
發(fā)展現(xiàn)狀
早期的風(fēng)電機(jī)組主要采用異步發(fā)電機(jī)，它們不具備維持和調(diào)節(jié)機(jī)端電壓水平的能力，在運(yùn)行時(shí)還要從系統(tǒng)吸收無功功率，相應(yīng)地，風(fēng)電場(chǎng)需要裝設(shè)固定進(jìn)行補(bǔ)償，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了SVC和STATCOM等動(dòng)態(tài)無功，風(fēng)電場(chǎng)就采取固定電容+動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的方式對(duì)無功進(jìn)行控制。
近年來，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的電壓穩(wěn)定而進(jìn)行的無功補(bǔ)償問題一直是電力企業(yè)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)關(guān)心的熱點(diǎn)。在此背景下，國(guó)內(nèi)逐漸開展了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功控制技術(shù)的研究，包括風(fēng)電機(jī)組無功控制技術(shù)研究、風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置研究、FACTS裝置協(xié)調(diào)控制等方面。
（1）風(fēng)電機(jī)組無功控制技術(shù)研究現(xiàn)狀
隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組從原來的不具有無功控制能力發(fā)展到能夠輸出一定的無功。目前，雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是主流的機(jī)型，雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過控制實(shí)現(xiàn)有功/無功的解耦，具備一定的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出的能力;而永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于通過全容量與電網(wǎng)連接，則能夠靈活地對(duì)無功進(jìn)行控制。這兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都具備以恒電壓模式工作的能力，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)無功和電壓的控制。
（2）風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置研究現(xiàn)狀
為適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要，適用風(fēng)電場(chǎng)的無功補(bǔ)償裝置已發(fā)展出多種類型，它們的所需成本不盡相同，對(duì)電網(wǎng)電壓的暫態(tài)特性影響也不一樣。
①并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容補(bǔ)償可用斷路器連接至電力系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給容性的無功功率。并聯(lián)電容具有投資省，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、容量可任意選擇、實(shí)用性強(qiáng);缺點(diǎn)是：（1）并聯(lián)電容器補(bǔ)償是通過電容器的投切實(shí)現(xiàn)的，因調(diào)節(jié)不平滑呈階梯性調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)運(yùn)行中無法實(shí)現(xiàn)*補(bǔ)償狀態(tài)。采用電容器分組投切方式時(shí)，無功補(bǔ)償效果受電容器組分組數(shù)和每組電容器容量的制約。（2）電容器的投切主要采用真空斷路器實(shí)現(xiàn)，其投切響應(yīng)慢，不宜頻繁操作，因而不能進(jìn)行無功負(fù)荷的快速跟蹤補(bǔ)償。如果使用晶閘管投切電容器組來代替用真空開關(guān)投切電容器組，解決了開關(guān)投切響應(yīng)慢和合閘時(shí)沖擊電流大的問題，但不能解決無功調(diào)節(jié)不平滑以及電容器組分組的矛盾，同時(shí)由于采用了大功率的電力電子器件，也大大提高了系統(tǒng)的造價(jià)。（3）由于開關(guān)投切電容器是分級(jí)補(bǔ)償，不可避免出現(xiàn)過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償狀態(tài)。根據(jù)無功與電壓關(guān)系，過補(bǔ)償時(shí)會(huì)引起電壓升高，欠補(bǔ)償時(shí)感性負(fù)荷引起電壓降低。（4）電壓下降時(shí)急劇下降，不利于電壓穩(wěn)定，投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓脈沖。電容器發(fā)出的無功功率與電壓的平方成正比，在低電壓時(shí)輸出的無功功率減少，而這時(shí)顯然需要更多的無功，如果不能及時(shí)供給無功，將導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓水平下降。
②有載調(diào)壓變壓器
有載調(diào)壓變壓器（OLTC）不僅可以在有載情況下更改分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍也較大，通常可有UN±3×2.5%或UN±4×2.0%，既有7個(gè)至9個(gè)分接頭可供選擇。因而有載調(diào)壓器OLTC是電力系統(tǒng)中重要的電壓調(diào)壓手段，在系統(tǒng)運(yùn)行中可以自動(dòng)改變分接頭，調(diào)節(jié)其變比，以維持負(fù)荷區(qū)域內(nèi)的電壓水平。但變壓器不能作為無功電源，相反消耗電網(wǎng)中的無功功率，屬于無功負(fù)荷之一;變壓器分接頭（抽頭）的調(diào)整不但改變了變壓器各側(cè)的電壓狀況，同時(shí)也對(duì)變壓器各側(cè)的無功功率的分布產(chǎn)生影響。有文獻(xiàn)指出在某些情況下，OLTC按其升降邏輯改變分接頭時(shí)，非但沒有改善電壓條件，反而會(huì)使之更加惡化，甚至認(rèn)為是引起電壓崩潰的重要原因之一。因此，在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需慎重考慮該設(shè)備的使用。
③靜止無功補(bǔ)償器
靜止無功補(bǔ)償器（Static Var Compensator，SVC）通常是由并聯(lián)電容器組（或?yàn)V波器）和一個(gè)可調(diào)節(jié)電感量的電感元件所組成。SVC與一般的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負(fù)荷的無功波動(dòng)，進(jìn)行無功的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而維持電壓的穩(wěn)定。SVC是*靜止的，但它的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)的，即根據(jù)無功的需求或電壓的變化自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)都是無功部件（電容器和電抗器）產(chǎn)生無功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流。靜止補(bǔ)償器可以提高電壓穩(wěn)定極限值，而裝設(shè)在系統(tǒng)中部節(jié)點(diǎn)上的SVC有很好的作用，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較中往往成為優(yōu)選方案。有文獻(xiàn)將柔性交流輸電系統(tǒng) （FACTS）設(shè)備運(yùn)用到風(fēng)電場(chǎng)以提高其運(yùn)行的電壓穩(wěn)定性，說明了SVC在風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償方面的優(yōu)良性能。
④靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）
靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）也稱為靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG），其基本電路分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。電壓型橋式電路，其直流側(cè)采用電容作為儲(chǔ)能元件，而交流側(cè)通過串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)：電流型橋式電路，直流側(cè)采用電感作為儲(chǔ)能元件，而交流側(cè)并聯(lián)電容器后接入電網(wǎng)。實(shí)際上，由于運(yùn)行效率的原因，迄今投入使用的STATCOM大都采用電壓型橋式電路。STATCOM的基本工作原理是將橋式變流電路直接并聯(lián)或通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?。與SVC相比，STATCOM具有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬、調(diào)節(jié)范圍廣、元件容量小、諧波含量小。
進(jìn)展
隨著風(fēng)電技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，未來風(fēng)電場(chǎng)無功控制技術(shù)將以“閉環(huán)”控制為主，通過風(fēng)電機(jī)組、無功補(bǔ)償裝置以及電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功的有效控制。
在產(chǎn)品應(yīng)用方面，GE風(fēng)能已經(jīng)研發(fā)出一種閉環(huán)風(fēng)電場(chǎng)電壓控制，稱之為“動(dòng)態(tài)無功控制”（WindVAR）。動(dòng)態(tài)無功控制可以向電網(wǎng)提供無功并穩(wěn)定電壓。帶有動(dòng)態(tài)無功控制的風(fēng)機(jī)，電壓的控制和調(diào)節(jié)都是通過安裝于風(fēng)機(jī)上的電力電子裝置來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的。
歐洲相關(guān)電力公司和技術(shù)機(jī)構(gòu)、美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)（AWEA）等都制定了相關(guān)風(fēng)力發(fā)電導(dǎo)則和IEEE-1547（分布式電源與電力系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)），包括了電壓穩(wěn)定控制/無功補(bǔ)償方面的內(nèi)容，要求確保風(fēng)電場(chǎng)母線電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，并保證電能質(zhì)量合格。
目前國(guó)內(nèi)即將出臺(tái)的風(fēng)電并網(wǎng)新國(guó)標(biāo)中，不僅要求風(fēng)電機(jī)組具有無功電壓調(diào)節(jié)能力，也要求具備低電壓穿越能力。新國(guó)標(biāo)的頒布將促進(jìn)風(fēng)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)向更加電網(wǎng)友好型方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電更大規(guī)模的平穩(wěn)消納。
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀是根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911－2004測(cè)量變壓器的繞組變形的儀器，主要是通過檢測(cè)變壓器各個(gè)繞組的幅頻響應(yīng)特性，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行縱向或橫向比較，根據(jù)幅頻響應(yīng)特性的變化程度，判斷變壓器可能發(fā)生的繞組變形。
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀組成：
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀由測(cè)量部分及分析軟件部分組成，測(cè)量部分是由信號(hào)生成及信號(hào)測(cè)量組成的黑匣子，分析部分由筆記本電腦完成，測(cè)量部分與筆記本電腦通過有線或者無線以太網(wǎng)連接，也可以通過USB連接。
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀技術(shù)指標(biāo)：
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀自帶一個(gè)通道DDS信號(hào)輸出作為掃頻的激勵(lì)信號(hào)；信號(hào)輸出為正弦波，信號(hào)輸出幅度可以軟件調(diào)節(jié)，zui大幅度±5V，信號(hào)輸出阻抗為50Ω
兩個(gè)采集通道，一個(gè)采集激勵(lì)信號(hào)，一個(gè)采集響應(yīng)信號(hào)，用于計(jì)算傳遞函數(shù)
激勵(lì)通道測(cè)量為固定量程：±5V；響應(yīng)通道有 8檔量程，在測(cè)量過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)量程，zui大輸入信號(hào)為±25V
采集通道量化精度：12位
采集通道zui大靜態(tài)誤差：0.5%
每通道zui大存儲(chǔ)容量：64K樣點(diǎn)
每通道zui高采樣率：20Msps
采集通道輸入阻抗：1MΩ
掃頻測(cè)量范圍：1K－1MHz
掃描方式：采用線形分布的掃頻測(cè)量方式
掃描頻率精度：信號(hào)源輸出正弦信號(hào)的頻率精度不大于0.01%
掃頻測(cè)量頻點(diǎn)：1K－1MHz，測(cè)量點(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)
采用Vittal原裝機(jī)箱
符合國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DL/T911-2004
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀檢測(cè)原理：
在較高頻率的電壓作用下，變壓器的每個(gè)繞組均可視為一個(gè)由線性電阻、電感（互感）、電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H（jω）描述。若繞組發(fā)生變形，繞組內(nèi)部的分布電感、電容等參數(shù)必然改變，導(dǎo)致其等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)H（jω）的零點(diǎn)和極點(diǎn)發(fā)生變化，使網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性發(fā)生變化。
變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性采頻率掃描方式獲得。連續(xù)改變外施正弦波激勵(lì)源VS的頻率f（角頻率ω=2πf），測(cè)量在不同頻率下的響應(yīng)端電壓V2和激勵(lì)端電壓V1的信號(hào)幅值之比，獲得激勵(lì)端和響應(yīng)端情況下繞組的幅頻響應(yīng)曲線。L、K及C分別代表繞組單位長(zhǎng)度的分布電感、分布電容及對(duì)地分布電容，V1、V2分別為等效網(wǎng)絡(luò)的激勵(lì)端電壓和響應(yīng)端電壓，VS為正弦波激勵(lì)信號(hào)源電壓，RS為信號(hào)源輸出阻抗，R為匹配電阻。
PSBDC變壓器繞組變形綜合測(cè)試儀試驗(yàn)程序及注意事項(xiàng):
1.首先檢查變壓器接地狀況是否良好，套管引線應(yīng)全部解開。
2.詳細(xì)記錄被試品的銘牌數(shù)據(jù)及原始工況有否異常，以及被試品變壓器當(dāng)前測(cè)試狀況下的分接開關(guān)位置，并仔細(xì)輸入被試品情況登記窗。
3.根據(jù)被試品的情況建立被試品數(shù)據(jù)文件的子目錄；測(cè)試完成后應(yīng)將測(cè)量的數(shù)據(jù)備份至該目錄下，并注意進(jìn)行整理工作。
4．?dāng)?shù)據(jù)存放格式：文件是以ASCII碼的形式存放。
5.對(duì)剛退出運(yùn)行的變壓器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量前應(yīng)盡量讓其散熱降溫；但在整個(gè)測(cè)量過程中應(yīng)停止對(duì)其所施的降溫手段，保持溫度，以免測(cè)量過程中溫度變化過大而影響測(cè)量結(jié)果的一致性。
6.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，為防止出現(xiàn)意外損壞儀器，使用所配的電源隔離變壓器。
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